Фамилия Черепоа — редкий и неочевидный случай в русской антропонимии. В ней нет привычных фамильных суффиксов -ов, -ин или -ский, что сразу указывает на её нерусское или искусственное происхождение. Скорее всего, перед нами пример фамилии, зафиксированной в письменном виде «на слух» без последующей русификации.

Самая вероятная версия — фамилия восходит к прозвищу Череп или Черепа, которое могло относиться к человеку с большой, крепкой или необычной формой головы. В говорах «череп» также обозначал черепок, глиняный сосуд или даже ледяную корку. Если бы фамилия формировалась в центральной России, она получила бы окончание -ов (Черепов). Форма Черепоа характерна для украинской, белорусской или южнорусской традиции, где фамилии на -а, -о, -ий нередко оставляли без изменений (сравните: Шевченко, Порошенко, Черепаха). В этом случае конечное «а» — не суффикс, а часть основы, застывшая в именительном падеже.

Менее вероятно, но стоит рассмотреть связь с диалектным словом «черепоа» (или «черепая») — так в некоторых регионах называли черепаху. Если прозвище дали медлительному или сутулому человеку, фамилия могла закрепиться в форме Черепоа, а не Черепахин.

Географически фамилия тяготеет к западным и южным областям бывшей Российской империи — современной Украине, Белоруссии, а также к казачьим регионам (Кубань, Дон). В метрических книгах XIX века такая фамилия могла принадлежать крестьянам или мещанам, не прошедшим через стандартную процедуру «обрусения» фамилии при переписи.

Поскольку фамилия крайне редкая, почти все её носители, скорее всего, являются потомками одной или нескольких семей, чьё прозвище в своё время записали именно так, как слышали.